LED 光源工作原理及關(guān)鍵因素分析
LED 光源工作的主要參數是VF、IF，其它相關(guān)的是顏色/色溫/波長(cháng)/亮度/發(fā)光角度/效率/功耗等。LED 是一個(gè)P-N 結二極管，只有施加足夠的正向電壓才能傳導電流，VF 正向電壓是為L(cháng)ED 發(fā)光建立一個(gè)正常的工作狀態(tài)，IF 正向電流是促使LED 發(fā)光，發(fā)光亮度與流過(guò)的電流成正比例。白光LED VF 標稱(chēng)電壓：3.4V± 0.2V 。LED 光源在大批量生產(chǎn)時(shí)，每一批LED 的VF 具有一定的離散性，為了客戶(hù)使用時(shí)需要的一致性，LED 出廠(chǎng)時(shí)必需按不同的VF 分檔出售；客戶(hù)訂購時(shí)同一批燈具需用的LED 光源必需選用同一檔次VF 的或相鄰檔次的，否則會(huì )影響同一批生產(chǎn)的LED 燈具亮度有差異；LED IF 工作電流按應用需要選用，不同的電流檔次不能混用。
LED光源驅動(dòng)電路
LED 光源的驅動(dòng)電路就是把12V 直流電壓變換成穩定的恒流源，電路的設計本著(zhù)刪繁就簡(jiǎn)、節省成本的原則，應該從能完成這個(gè)電路設計要求的眾多LED驅動(dòng)芯片中選擇集成度高、性能較好、應用電路簡(jiǎn)單、價(jià)格較平的性?xún)r(jià)比有優(yōu)勢的芯片。因此選擇驅動(dòng)電路周邊器件少的驅動(dòng)芯片是生產(chǎn)成本的首要考量。
Cin 是輸入濾波電容，Rs 設定流過(guò)LED 的電流IF，Rs=0.1/ILED；L 是續流電感，D5 是續流二極管。因適配器已提供12V 的直流電壓，原圖為交流電壓輸入整流
用的橋式整流器D1-D4 可省略。雖然零件少了但對零件的要求高了，設計時(shí)要按表1 提示的要求選用，才能使電路進(jìn)入良好的工作狀態(tài)。PT4115 的開(kāi)關(guān)頻率采用抖頻技術(shù)有效降低EMI，省略了抗EMI 電路。
LED 光源驅動(dòng)芯片的恒流精度對于LED 燈具生產(chǎn)廠(chǎng)家而言是至關(guān)重要的，目前LED 光源驅動(dòng)IC 的恒流精度批量生產(chǎn)時(shí)都會(huì )有一定的離散性，LED 燈具生產(chǎn)廠(chǎng)家在批量生產(chǎn)調試時(shí)，同樣的開(kāi)關(guān)電源、同樣的LED 光源負載、同樣的恒流源開(kāi)關(guān)電源板，因同一型號的不同驅動(dòng)IC 其恒流精度的個(gè)性差異會(huì )導致恒流源開(kāi)關(guān)電源板輸出電流產(chǎn)生一定的公差，會(huì )使同一LED 光源負載的發(fā)光亮度有所不同，這就會(huì )增加恒流源開(kāi)關(guān)電源板大批量生產(chǎn)時(shí)在線(xiàn)調試的時(shí)間，影響生產(chǎn)力。因此，恒流源開(kāi)關(guān)電源板生產(chǎn)廠(chǎng)家應選用恒流精度高的驅動(dòng)IC，恒流精度至少要小于±3%，如是±1%更理想，但其價(jià)格會(huì )高于±3%的產(chǎn)品。
幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)
1）電感的選擇
以3X1W的高亮度白光LED光源的設計案例而言，三個(gè)1W的LED光源串聯(lián)， 其工作電流可設計為300-350mA，L的電感量應選用68uH—100uH，Q 值大于50，飽
和電流大于800mA 的磁路閉合電感器。PT4115 的設計最佳工作頻率在1MHz 以下，電感量大了小會(huì )影響其工作頻率，本方案的電感設計在68uH 以上，這樣系統工作頻率可以控制到1MHz 以下。電感量小了，工作頻率趨高，由于PT4115內部電流檢測電路響應速度限制，對內部電流正常檢測出現影響，不能更好的實(shí)現對內部開(kāi)關(guān)的導通/關(guān)斷控制。另外由于高頻率會(huì )帶來(lái)較大的開(kāi)關(guān)損耗，使芯片運行在較高的結溫下，電應力加大，不利于穩定工作。電感量太小還會(huì )導致PT4115的SW 端燒壞，而無(wú)輸出。
電感的DCR 越小，效率越高。建議選用EPC13 錳鋅4000 磁芯。電感器的飽和電流選小了，D5 肖特基二極管的電流選小了，將會(huì )導致整個(gè)電路的續流不足，LED 光源會(huì )產(chǎn)生人眼可見(jiàn)的閃光。將電感器的飽和電流和肖特基二極管的電流適當增大即可增大整個(gè)電路的續流電流，消除因此產(chǎn)生的閃光。
2）適配器（Adapter）的選擇
適配器（Adapter）為本方案LED 臺燈提供穩定的交流開(kāi)關(guān)電源->交直流降壓變換，它的實(shí)時(shí)帶載輸出能力將影響本方案LED 臺燈的性能，用于本方案3X1W 白光LED 臺燈的適配器，它在帶載時(shí)輸出電流應大于1A，電壓應穩定在DC12V。有些帶載能力差的適配器，連接上本方案LED 光源負載時(shí)，其實(shí)時(shí)輸出電壓會(huì )跌落到7V，甚至6.5V，對于工作電壓從8V 開(kāi)始的LED 驅動(dòng)IC，屆時(shí)會(huì )進(jìn)入欠壓保護狀態(tài)而停止工作，一旦驅動(dòng)IC 停止工作，電壓又回升至12V，LED 驅動(dòng)IC 再次進(jìn)入工作狀態(tài)，如此周而復始，使LED 臺燈出現人眼可見(jiàn)的閃光。此時(shí)，只有更換帶載能力好的適配器才能使LED 臺燈正常工作。同時(shí)應選用工作電壓范圍自6V 初始的LED 驅動(dòng)IC，也可降低對適配器選擇要求，以降低生產(chǎn)配套成本。
3）關(guān)于EMI 的傳導與輻射
本LED 臺燈方案總體設計時(shí)要考慮能過(guò)EMI 的傳導與輻射，過(guò)EMI 的傳導與輻射的關(guān)鍵是開(kāi)關(guān)電源變換器，因此要選用能過(guò)EMI，甚至能過(guò)CE、UL 的適配器來(lái)配套，以利生產(chǎn)的LED 臺燈能出口歐美日市場(chǎng)。恒流源開(kāi)關(guān)電源板因使用的驅動(dòng)IC是DC/DC 開(kāi)關(guān)器件，工作時(shí)開(kāi)關(guān)頻率會(huì )輻射，因此內置在臺燈底座金屬殼內可有效降低輻射，機械結構設計時(shí)應考慮金屬底座內的磁路屏蔽。
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